CN209567073U - 一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其包括水平安装架、螺旋桨、Z向舵、十字水平支撑架、X向舵、Y向舵、油箱以及油动发动机。本实用新型中的水平安装架上安装有受油动发动机驱动的螺旋桨，还安装有受舵机驱动可相对水平面转动倾斜的Z向舵；水平安装架下方设置十字水平支撑架，十字水平支撑架中的X向正半段支架与X向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕X轴转动的X向舵、Y向正半段支架与Y向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕Y轴转动的Y向舵。以上结构将油动供能的方式与舵面调节无人机姿态的方式结合起来，以低成本的简单结构实现无人机的大载重和长续航。

Description

一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，尤其涉及一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器。

背景技术

随着无人机技术的发展应用，使用者对无人机大载重以及长续航的性能要求越来越高，但现有的无人机中，常见的采用电力驱动的多旋翼无人机，其负载能力以及续航能力不足，当采用油动力驱动时，一般要采用变距螺旋桨保证无人机的平衡稳定并调整其姿态，但变距螺旋桨的结构复杂、成本高，故障率高，维护要求高，难以广泛应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于提供一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器，利用本实用新型的装置，可以将油动供能的方式与舵面调节无人机飞行姿态的方式结合起来，以低成本的简单结构实现无人机的大载重和长续航。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器，包括：水平安装架，所述水平安装架上安装有若干可在水平面内转动的螺旋桨，还安装有受舵机驱动可相对水平面转动倾斜的Z向舵；所述水平安装架下方设置十字水平支撑架，以所述十字水平支撑架的十字中心点为原点，所述十字水平支撑架包括X向正半段支架、X向负半段支架、Y向正半段支架以及Y向负半段支架，且所述X向正半段支架与所述X向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕X轴转动的X向舵，所述Y向正半段支架与所述Y向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕Y轴转动的Y向舵；设置油箱向所述十字水平支撑架上设置的油动发动机供能时，所述油动发动机驱动所述螺旋桨旋转。

在一种优选的实施方式中，所述水平安装架呈十字形，包括X向安装架和Y向安装架。

在一种优选的实施方式中，所述X向安装架的左侧设置第一转轴、右侧设置第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴沿X向延伸并且受不同舵机驱动，固定连接在所述第一转轴上的Z向舵和固定连接在所述第二转轴上的Z向舵相对所述X向安装架左右对称设置，在所述第一转轴和所述第二转轴相对反向转动的过程中相对开合。

在一种优选的实施方式中，所述Y向安装架的左侧设置第三转轴、右侧设置第四转轴，所述第三转轴与所述第四转轴沿Y向延伸并且受不同舵机驱动，固定连接在所述第三转轴上的Z向舵和固定连接在所述第四转轴上的Z向舵相对所述Y向安装架左右对称设置，在所述第三转轴和所述第四转轴相对反向转动的过程中相对开合。

在一种优选的实施方式中，所述X向安装架上安装的螺旋桨位于所述X向舵的正上方，和/或所述Y向安装架上安装的螺旋桨位于所述Y向舵的正上方。

在一种优选的实施方式中，以十字形的水平安装架的十字中心点为中点，所述X向安装架上安装的若干个螺旋桨左右对称且均匀分布，和/或所述Y向安装架上安装的若干个螺旋桨左右对称且均匀分布。

在一种优选的实施方式中，所述X向正半段支架的下方设置X向延伸的第五转轴，所述第五转轴上固定连接随所述第五转轴转动的X向舵；所述X向负半段支架的下方设置X向延伸的第六转轴，所述第六转轴上固定连接随所述第六转轴转动的另一块X向舵，所述第五转轴与所述第六转轴受不同舵机驱动。

在一种优选的实施方式中，所述Y向正半段支架的下方设置Y向延伸的第七转轴，所述第七转轴上固定连接随所述第七转轴转动的Y向舵；所述Y向负半段支架的下方设置Y向延伸的第八转轴，所述第八转轴上固定连接随所述第八转轴转动的另一块Y向舵，所述第七转轴与所述第八转轴受不同舵机驱动。

在一种优选的实施方式中，所述十字水平支撑架的十字中心点处固定设置所述油动发动机，所述油动发动机的输出端竖直向上与竖向设置的中心转轴连接，所述中心转轴与所述螺旋桨的螺旋桨中心轴之间套接有传动带，所述油动发动机带动所述中心转轴旋转进而带动所述螺旋桨转动。

在一种优选的实施方式中，所述水平安装架与所述十字水平支撑架之间固定连接Z向设置的竖向支柱。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中的水平安装架上安装有若干可在水平面内转动的螺旋桨，还安装有受舵机驱动可相对水平面转动倾斜的Z向舵；水平安装架下方设置十字水平支撑架，以十字水平支撑架的十字中心点为原点，十字水平支撑架包括X向正半段支架、X向负半段支架、Y向正半段支架以及Y向负半段支架，且X向正半段支架与X向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕X轴转动的X向舵，Y向正半段支架与Y向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕Y轴转动的Y向舵；设置油箱向十字水平支撑架上设置的油动发动机供能时油动发动机带动螺旋桨转动。以上结构将油动供能的方式与舵面调节无人机姿态的方式结合起来，以低成本的简单结构实现无人机的大载重和长续航。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例的组成结构示意图；

图2是本实用新型去除水平安装架之后的一个实施例的结构示意图；

图3是图2实施例中A部分的局部放大图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的，除非另有说明。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

图1是本实用新型一个实施例的组成结构示意图，图2是本实用新型去除水平安装架之后的一个实施例的结构示意图，图3是图2实施例中A部分的局部放大图；参照图1至图3，该基于舵面调节飞行姿态的飞行器包括：

水平安装架1，螺旋桨2，Z向舵3，十字水平支撑架4，X向舵5，Y向舵6，油箱7，油动发动机8，第一转轴9，第二转轴10，第五转轴11，第六转轴12，第七转轴13，第八转轴14，中心转轴15，螺旋桨中心轴16，传动带17以及竖向支柱18。

图2中还示出了包含X轴、Y轴和Z轴的一般空间直角坐标系，并标注其X向、Y向和Z向。

本实用新型中，水平安装架1上安装有若干可在水平面内转动的螺旋桨2，还安装有受舵机(图中未示出)驱动可转动倾斜至与水平面呈一定角度的Z向舵3；在水平安装架1的下方设置十字水平支撑架4。

以十字水平支撑架4的十字中心点为原点，十字水平支撑架4包括X向正半段支架4a、X向负半段支架4b、Y向正半段支架4c以及Y向负半段支架4d；其中，X向正半段支架4a与X向负半段支架4b的下方分别设置受不同舵机(图中未示出)驱动可绕X轴转动一定角度的X向舵5，Y向正半段支架4c与Y向负半段支架4d的下方分别设置受不同舵机(图中未示出)驱动可绕Y轴转动一定角度的Y向舵6。

十字水平支撑架4上固定设置油动发动机8，当油箱7向油动发动机8供能时，油动发动机8驱动螺旋桨2旋转。此处，优选地，油箱位于整个飞行器的重心处，当设置多个油箱时，多个油箱相对飞行器的重心对称分布，以优化整个飞行器的平衡性能。

以上结构中，飞行器采用了Z向舵3、X向舵5以及Y向舵6配合作用调节飞行器飞行姿态的方式，该调节方式与油动供能的方式配合，可以实现无人机的大载重和长续航，同时结构简单、可靠，生产和维护成本低。

如图1至图2的实施例所示，水平安装架1呈十字形，包括X向安装架1a和Y向安装架1b，增大了可安装螺旋桨2的面积，当有若干个螺旋桨2时，其相对位置的布局形式多样。

在如图1至图2的实施例1中，在X向安装架1a的左侧设置第一转轴9、右侧设置第二转轴10，第一转轴9与第二转轴10沿X向延伸并且受不同舵机(图中未示出)驱动，固定连接在第一转轴9上的Z向舵3和固定连接在第二转轴10上的Z向舵3相对X向安装架1a左右对称分布，并且在第一转轴9和第二转轴10相对反向转动的过程中相对开合，以改变第一转轴9上的Z向舵3和第二转轴10上的Z向舵3受到的气流作用力，进而改变飞行器整体在竖直方向上受到的气流作用力。

在实施例2中(未图示)，Y向安装架的左侧设置第三转轴、右侧设置第四转轴，第三转轴与第四转轴沿Y向延伸并且受不同舵机驱动，固定连接在第三转轴上的Z向舵和固定连接在第四转轴上的Z向舵相对Y向安装架左右对称分布，并且在第三转轴和第四转轴相对反向转动的过程中相对开合，也可以改变第三转轴上的Z向舵和第四转轴上的Z向舵受到的气流作用力，进而改变飞行器整体在竖直方向上受到的气流作用力。以上的实施例1与实施例2所述的结构，可以同时存在，也可以只存在其中一种实施例所述的结构。

如图1至图2所示的实施例，X向安装架1a上安装的螺旋桨2位于X向舵5的正上方，和/或Y向安装架1b上安装的螺旋桨2位于Y向舵6的正上方，如此，螺旋桨2产生的气流可以直接流向X向舵5和/或Y向舵6对其产生作用力。

如图1、图2所示的实施例，以十字形的水平安装架1的十字中心点为中点，X向安装架1a上安装的若干个螺旋桨2左右对称且均匀分布，和/或Y向安装架1b上安装的若干个螺旋桨2左右对称且均匀分布，提高飞行器整体的平衡性。

如图1、图2所示的实施例，X向正半段支架4a的下方设置X向延伸的第五转轴11，第五转轴11上固定连接随第五转轴11转动的X向舵5；X向负半段支架4b的下方设置X向延伸的第六转轴12，第六转轴12上固定连接随第六转轴12转动的另一块X向舵5，第五转轴11与第六转轴12受不同舵机(图中未示出)驱动，可独立转动。

如图1、2所示的实施例，Y向正半段支架4c的下方设置Y向延伸的第七转轴13，第七转轴13上固定连接随第七转轴13转动的Y向舵6；Y向负半段支架4d的下方设置Y向延伸的第八转轴14，第八转轴14上固定连接随第八转轴14转动的另一块Y向舵6，第七转轴13与第八转轴14受不同舵机(图中未示出)驱动，可独立转动。

如图2、图3所示的实施例，十字水平支撑架4的十字中心点处固定设置油动发动机8，提高飞行器平衡性，油动发动机8的输出端竖直向上与竖向设置的中心转轴15连接，中心转轴15与螺旋桨中心轴16之间套接有传动带17，油动发动机8在带动中心转轴15旋转的过程中，带动螺旋桨2转动。

此处，以十字形的水平安装架1的十字中心点为中点，X向安装架的负半轴段上最邻近中心转轴15的螺旋桨中心轴16与中心转轴15之间，套接有传动带17；X向安装架的正半轴段上，设置一根邻近中心转轴15的分转轴15b，分转轴15b上套设的分转轴齿轮15c与中心转轴15上套设的中心轴齿轮15a啮合，分转轴15b与X向安装架的正半轴段上设置的螺旋桨中心轴16之间套接有传动带17。

与之类似地，Y向安装架的正半轴段上最邻近中心转轴15的螺旋桨中心轴16与中心转轴15之间，套接有传动带17；Y向安装架的负半轴段上，设置一根邻近中心转轴15的分转轴15d，分转轴15d上套设的分转轴齿轮15e与中心转轴15上套设的中心轴齿轮15a啮合，分转轴15d与Y向安装架的负半轴段上最邻近的螺旋桨中心轴16之间套接有传动带17，Y向安装架上相邻且同处正半轴段或同处负半轴段上的螺旋桨中心轴16之间套接有传动带17。

油动发动机8在带动中心转轴15旋转的过程中通过齿轮啮合带动分转轴15b、15d转动，进而通过传动带17带动螺旋桨2转动，此时齿轮啮合改变转动方向，使X向安装架1a的正半轴段与负半轴段上安装的螺旋桨2的转动方向相反，Y向安装架1b的正半轴段与负半轴段上安装的螺旋桨2的转动方向相反。此处，可设置水平安装架1的内部为空腔，空腔包覆容纳中心轴齿轮15a、分转轴15b、分转轴15d、分转轴齿轮15c、分转轴齿轮15e，螺旋桨中心轴16以及传动带17，起保护结构和提高结构清洁度的作用。

如图1所示的实施例中，优选地，水平安装架1与十字水平支撑架4之间固定连接Z向设置的竖向支柱18，提高结构强度。

如图1、图2所示的实施例中，飞行器的飞行过程如下：

飞行器在垂直起飞的过程中，油箱7供能，油动发动机8驱动螺旋桨6转动，当螺旋桨2产生的升力大于飞行器自重时，飞行器垂直起飞；水平安装架1上沿X向对称设置、沿Y对称设置的螺旋桨2的转动方向相反，用于抵消整机在X向的力矩。

当螺旋桨2产生的升力等于飞行器自重时，飞行器悬停，此时，分别设置在第七转轴13、第八转轴14的两块Y向舵6绕Y轴同向转动，实现整机绕Y轴的转动平衡，两块Y向舵6绕Y轴异向转动实现整机绕Z轴的转动平衡；分别设置在第五转轴11、第六转轴12上的两块X向舵5绕X轴同向转动，实现整机绕X轴的转动平衡；整个平衡稳定过程通过控制器19调节，优选地，控制器19位于飞行器的重心位置。

飞行器沿X轴正方向移动时，Y向舵6绕Y轴大幅同向转动，转动方向为从Y轴正方向看逆时针转动，此时飞行器整体受到从Y轴正方向看的顺时针扭矩，飞行器产生倾斜，螺旋桨2产生的升力会在X轴正方向产生一个分力，带动飞行器沿X轴正向移动；飞行器沿X轴负方向运动同理。

飞行器沿Y轴正方向移动时，X向舵5绕X轴大幅同向转动；转动方向为从X轴正方向看逆时针转动，此时飞行器整体受到从X轴正方向看的顺时针扭矩，飞行器产生倾斜，螺旋桨2产生的升力会在Y轴正方向产生一个分力，带动飞行器沿Y轴正向移动；飞行器沿Y轴负方向运动同理。

当飞行器要垂直降落时，增大分别设置在第一转轴9和第二转轴10上的Z向舵3相对的张开角度，和/或增大分别设置在第三转轴和第四转轴上的Z向舵3相对的张开角度，阻挡螺旋桨2产生的气流，从而减小气流在竖直方向上的推力，实现飞行器垂直降落。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于，包括：水平安装架，所述水平安装架上安装有若干可在水平面内转动的螺旋桨，还安装有受舵机驱动可相对水平面转动倾斜的Z向舵；所述水平安装架下方设置十字水平支撑架，以所述十字水平支撑架的十字中心点为原点，所述十字水平支撑架包括X向正半段支架、X向负半段支架、Y向正半段支架以及Y向负半段支架，且所述X向正半段支架与所述X向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕X轴转动的X向舵，所述Y向正半段支架与所述Y向负半段支架下方分别设置受不同舵机驱动可绕Y轴转动的Y向舵；设置油箱向所述十字水平支撑架上设置的油动发动机供能时，所述油动发动机驱动所述螺旋桨旋转。

2.根据权利要求1所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述水平安装架呈十字形，包括X向安装架和Y向安装架。

3.根据权利要求2所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述X向安装架的左侧设置第一转轴、右侧设置第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴沿X向延伸并且受不同舵机驱动，固定连接在所述第一转轴上的Z向舵和固定连接在所述第二转轴上的Z向舵相对所述X向安装架左右对称设置，在所述第一转轴和所述第二转轴相对反向转动的过程中相对开合。

4.根据权利要求2或3所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述Y向安装架的左侧设置第三转轴、右侧设置第四转轴，所述第三转轴与所述第四转轴沿Y向延伸并且受不同舵机驱动，固定连接在所述第三转轴上的Z向舵和固定连接在所述第四转轴上的Z向舵相对所述Y向安装架左右对称设置，在所述第三转轴和所述第四转轴相对反向转动的过程中相对开合。

5.根据权利要求2所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述X向安装架上安装的螺旋桨位于所述X向舵的正上方，和/或所述Y向安装架上安装的螺旋桨位于所述Y向舵的正上方。

6.根据权利要求2所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：以十字形的水平安装架的十字中心点为中点，所述X向安装架上安装的若干个螺旋桨左右对称且均匀分布，和/或所述Y向安装架上安装的若干个螺旋桨左右对称且均匀分布。

7.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述X向正半段支架的下方设置X向延伸的第五转轴，所述第五转轴上固定连接随所述第五转轴转动的X向舵；所述X向负半段支架的下方设置X向延伸的第六转轴，所述第六转轴上固定连接随所述第六转轴转动的另一块X向舵，所述第五转轴与所述第六转轴受不同舵机驱动。

8.根据权利要求1、2、3、5、6中任一项所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述Y向正半段支架的下方设置Y向延伸的第七转轴，所述第七转轴上固定连接随所述第七转轴转动的Y向舵；所述Y向负半段支架的下方设置Y向延伸的第八转轴，所述第八转轴上固定连接随所述第八转轴转动的另一块Y向舵，所述第七转轴与所述第八转轴受不同舵机驱动。

9.根据权利要求1所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述十字水平支撑架的十字中心点处固定设置所述油动发动机，所述油动发动机的输出端竖直向上与竖向设置的中心转轴连接，所述中心转轴与所述螺旋桨的螺旋桨中心轴之间套接有传动带，所述油动发动机带动所述中心转轴旋转进而带动所述螺旋桨转动。

10.根据权利要求1、2、3、5、6、9中任一项所述的基于舵面调节飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述水平安装架与所述十字水平支撑架之间固定连接Z向设置的竖向支柱。